一、JVM 架构基础

JVM 进程启动时,ClassLoader 会将需要的所有类加载到内存,主要分为以下三步:

  • Bootstrap Class: 核心类库,由 “Bootstrap Class Loader”负责加载, 例如基础的运行时类库 JRE\lib\rt.jar
  • Extension Classjava.ext.dirs 路径下的类,由 ExtClassLoader 负责加载。在实际开发中,如果需要添加额外的类库,通常放置于此位置。
  • Application Class: 实际应用包含的类,由 AppClassLoader 负责加载。

二、JVM 预热是指什么?

类加载过程完毕后,所有需要的类会进入 JVM cache (native code) ,这样就可以被快速的实时访问。当然,还有许多其它与JVM启动无关的类此时并未被加载。

当应用的第一个请求到来,会触发逻辑相关类的第一次加载,此过程会有一定的耗时,会影响第一次调用的实时响应。这主要是因为JVM的懒加载及JIT机制。因此对于低延迟应用,必须采用特定的策略来处理第一次的预加载逻辑,以保障第一次的请求的快速响应。此过程,我们称之为 JVM 的预热。

三、Tiered Compilation

JVM会将使用频率较高的方法放入本地缓存。以达到快速调用响应的目的。基于此,我们可以通过在应用启动之初,强制加载我们预先认知的高频方法。设置参数包括如下:

-XX:CompileThreshold -XX:TieredCompilation

通常虚拟机会通过解释器来收集反馈到编译器的方法调用信息。

四、自定义实现

基于上一小节所述,我们可以额外实现特定逻辑来进行特定方法的多次调用(-XX:CompileThreshold),以触发JVM的编译。如下示例:

首先,我们定义一个包含基础方法的类:

public class Dummy {

    public void m() {

    }
}

其次,我们创建一个加载类,在其内部添加静态方法,循环100000次重复生成Dummy对象,并调用其方法:

public class ManualClassLoader {

    protected static void load() {
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
Dummy dummy = new Dummy();
dummy.m();
}
}
}

现在我们使用如下过程,测试性能:

public class MainApplication {

    static {
long start = System.nanoTime();
ManualClassLoader.load();
long end = System.nanoTime();
System.out.println("Warm Up time : " + (end - start));
} public static void main(String[] args) {
long start = System.nanoTime();
ManualClassLoader.load();
long end = System.nanoTime();
System.out.println("Total time taken : " + (end - start));
} }

如下为测试结果:

预热之后

未预热

差别(%)

1220056

8903640

730

1083797

13609530

1256

1026025

9283837

905

1024047

7234871

706

868782

9146180

1053

预热之后的性能明显好于未预热状态下的调用。

当然,这里只是一个简单的示例测试,具体到实际的应用中,还需要考虑特定的业务逻辑需求。

五、工具

通常用于基准测试,基本使用如下:

依赖 pom.xml:

<dependency>
<groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
<artifactId>jmh-core</artifactId>
<version>1.19</version>
</dependency> <dependency>
<groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
<artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId>
<version>1.19</version>
</dependency>

maven库连接: Central Maven Repository

定义预热处理方法,并添加@Benchmark注解:

@Benchmark
public void init() { //code todo }

将需要预热的业务逻辑放置于预热处理方法内。

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